KR930011678B1

KR930011678B1 - 데이터압신방법 및 데이터압축기/신장기

Info

Publication number: KR930011678B1
Application number: KR1019900005877A
Authority: KR
Inventors: 스스무 야마구찌; 테쯔오 이시와따
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤; 다니이 아끼오
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1990-04-26
Publication date: 1993-12-16
Also published as: DE69023803T2; EP0394976B1; KR900017011A; US5047768A; EP0394976A3; EP0394976A2; DE69023803D1

Abstract

내용 없음.

Description

데이터압신방법 및 데이터압축기/신장기

제1도는 데이터압신방법의 일반구성을 표시한 특성도.

제2도는 본 발명의 제1실시예에 의한 데이터압신방법의 구성을 표시한 동작특성도.

제3도는 상기 제1실시예에 의한 변환상태를 표시한 도표.

제4도는 본 발명의 제2실시예에 의한 데이터압신방법의 구성을 표시한 동작특성도.

제5도는 상기 제2실시예에 의한 변환상태를 표시한 도표.

제6도는 본 발명의 데이터압신방법의 제1실시예를 사용한 데이터압축기의 구성을 표시한 블록도.

제7도는 데이터신장기의 구성을 표시한 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

61, 71 : 입력단 62, 72 : 계수테이블

63, 74 : 데이터시프터 64, 73 : 가산기

65, 75 : 출력단

본 발명은 디지탈신호로 변환된 오디오신호의 기록과 재생을 행하기 위한 데이터압신(data companding)방법 및 이 압신방법을 사용한 데이터압축기와 신장기의 구성에 관한 것이다.

최근, 오디오신호를 디지털화해서 방송 및 기록과 재생을 행하는 기술은 상당히 진전되어 있고, 전자의 예로는 방송위성에 의한 디지탈음성방송이 있다. 또한 후자의 예로는 디지털오디오 테이프레코오더(DAT)가 있다.

위성방송으로 송신되는 디지탈오디오신호의 명세서에는, 일본국 내의 위성방송의 경우에는, 32KHz의 표본화주파수, 14-10 준순시압신법칙(14-10 near-instantaneous companding law)에 의한 4채널의 용량을 가진 방송 A모드와, 48MHz, 16비트 직선양자화(linear quantization)에 의한 2채널의 용량을 가진 방송 B모드가 있다(참고문헌 ① : 일본국 요시노 타케히코, 오오미카쯔로, 쯔지타카아끼, 카와이 나오끼, 공동논문 ＂텔레비젼위성방송 디지탈음성 전송방식＂ 텔레비젼학회지, Vol.37, No.11, pp.935∼941, Nov.1983).

또한, 유럽의 위성방송인 MAC 방식의 오디오신호 명세서에는, 32KHz 또는 16KHz의 표본화주파수에서 다양하게 조합된 직선양자화 또는 14-10비트 준순시압신법칙을 사용하고 있다(참고문헌 ② : ＂Specifica-tion of the system of the MAC/packet family＂, pp.85∼130, EBU Technical Document 3258, Oct, 1986).

DAT(Digital Audio Taperecorder)의 오디오신호 명세서의 기록모드는, 48KHz, 44.1KHz, 32KHz의 표본화주파수, 16비트 직선양자화, 2채널의 용량을 가진 제1모드와, 32KHz의 표본화주파수, 16-12비트 순시압신법칙에 의한 4채널의 용량을 가진 제2모드로 분류된다(참고문헌 ③ : THE DAT CONFERENCE STANDARD ＂Digital Audio Taperecorder System＂ June 1987, the DAT Conference, 일본국).

여기서 위성방송으로부터 송신되어 오는 디지탈오디오신호를 DAT에 의해서 기록할때에, 예를 들면, 일본국내의 위성방송 B모드와 같이, 고품질의 2채널의 신호는 모두, DAT의 제1모드(48KHz의 표준화 주파수의 경우)에 위해서 직접 디지털 기록이 가능해진다.

그러나 위성방송 A모드와 같이 2채널을 초과하는 신호는, 기록용량의 제약에 의해, 위성방송출력의 14비트 데이터를 12비트 데이터로 압축해서 기록하여야 한다. 따라서 현행의 DAT에서는 16-12 순시압신법칙이 규격으로 규정되어 있다. A모드의 디지탈오디오신호를 DAT의 제2모드(표본화주파수 32KHz, 16-12비트 순시압신법칙)로 기록할 수 있으나, 이것은 14비트의 데이터를 의사적(擬似的)으로 16비트로 간주해서 처리하는 것이며, 14비트 데이터를 직접 12비트로 압축한다고 하는 관점에서는 반드시 최적한 것이 아니었다.

14-12순시압신법칙 또는 그것에 가까운 종래 예로서는, 예를 들면, 상기 문헌 ①에 기술되어 있는 14-12 순시압신법칙 또는 참고문헌 ④(일본국 오끼미 카쯔야 논문 ＂스테레오신호의 전송기술＂ 텔레비젼학회지, Vol.34, No.4, pp.322-327, April 1980)에 기술되어 있는 13-11 순시압신법칙이 있다. 전자의 예에서는, 동문헌중에도 표시되어 있는 바와 같이, 후자의 예를 기본으로 해서 종축 및 횡축의 스케일을 2배로 한 것이며, 특성곡선은 서로 유사하다.

상기 문헌에 표시되어 있는 바와 같이, 데이터압신을 사용함으로서 적을 용량으로 많은 데이터(정보)를 전송하거나 기록/재생할 수 있고, 채널수도 증가시킬 수 있다. 그러나, 압신후에는, 압신에 수반되는 데이터의 결락(缺落)에 의해 원신호에 대하여 신호 대 잡음비(SN)등에 의해서 일정량의 열화가 발생하는 것을 피하기 어렵다. 따라서, A모드에 의해서 송신되는 디지탈오디오신호(표본화주파수 : 32KHz, 양자화비트수 : 14비트)를 기록하도록 최적의 데이터압신방법인 14-12 순시압신법칙을 고려할 경우, 다음의 2점을 고려하는 것이 중요하다.

첫째로, 위성방송(A모드)에 의해 전송되는 디지탈오디오신호는, 위성방송의 전송로내에서는 14-10준순시압축이 실시된다. 위성방송 수신기에서 14비트로 신장된 후, 기록재생기에 전송되어 12비트로 재압축되게된다. 따라서, 14-12 순시압신법칙에 위해 압신하였을 경우의 SN 열화량은 14-10 준순시압신법칙에 의한 경우의 열화량을 초과하지 않아야 한다.

둘째로, 14비트 디지탈입력의 모든 범위에 대해서 양호한 압신특성이 유지되지 않으면 안된다.

상기한 종래기술은, 첫째의 점에 대한 조건을 만족시키고 있으나, 둘째의 점에 대해서는 불충분하였다. 즉, 양호한 14-12 순시압신 특성을 실현하기 위해서는, 14비트 디지탈데이터의 전체범위를 통하여 12비트 디지탈데이터와 일정한 관계로 대응되어야 한다.

그러나, 상기한 종래기술에서는, 12비트 디지탈데이터와 일정한 관계로 대응하도록 되어 있는 14비트 디지탈데이터의 범위(양자화의 단수(段數))는, 예를 들면 정(正)의 쪽에 대해서는 (0-7679)의 범위뿐이며, 나머지(7680-8191)사이의 데이터에 대해서는 12비트 디지탈데이터의 최대치로 유지된다. 즉 압신후, 7680 이상의 데이터는 클립상태 (clip condition)에 있고, 이 범위에 입력된 신호는 데이터의 압축, 신장처리에 의해 큰 변형을 발생한다고 하는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 압축, 신장의 신호처리회로를 구성할때에도, (7680-8191)사이의 데이터처리는, 다른 영역의 신호처리와는 규칙이 상이하다. 따라서, 전용의 크기 비교기 (magnitude comparator)나 12비트 디지탈데이터의 최대치를 유지하기 위한 절환기등이 부가적으로 필요하게 되며, 하드웨어의 규모가 증대된다고 하는 문제점도 가지고 있었다.

본 발명의 목적은, 14비트 디지탈입력의 모든 범위에 대해서 양화한 압신특성을 가지고, 또한 14-10 준순시압신법칙과 동등이상의 SN을 확보한 데이터압신방법을 제공하고, 또한 이 데이터압신방법을 실현하는 데이터압축기 및 데이터 신장기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 데이터압신방법은, 14비트 디지털데이터의 전체 입력범위에 대하여 14-12 순시압신법칙이 성립되는 일반조건을 구하고, 그리고 데이터압신에 의한 SN열화량을 14-10준순시압신과 동등 이하가 되는 조건을 추가하고, 또 실사용 상태에서 오디오신호에 대한 압신의 최적레벨과 바람직한 하드웨어 구성등의 조건을 추가해서 최적의 14-12 순시압신을 실현하는 데이터압신방법을 얻고 있다.

또, 본 발명의 데이터압축기는, 14비트로 양자화된 디지탈오디오데이터(D₀∼ D₁₃)에 대하여, 상위 5비트(D₉∼D₁₃)를 수신하고, 상기 디지탈오디오신호에 대한 비트시프트량을 표시하는 2비트의 신호(S₀∼S₁)를 출력하고 또한 비트시트프된 데이터에 가산하는 오프세트치(OFS₀∼OFS₁₁)를 출력하도록 되어 있는 계수테이블과, 상기 계수테이블위 출력(S₀∼S₁)으로부터 상기 디지탈오디오 데이터(D₀∼D₁₃)를 하위비트 방향으로 시프트하고, 그 결과의 12비트 데이터(SD₀∼SD₁₁)를 출력하는 12개의 4대 1 데이터셀렉터 (4입력 1출력 데이터셀렉터)로 이루어진 데이터 시프터와, 상기 계수테이블의 출력신호(OFS₀∼OFS₁₁)와 상기 데이터 시프터의 출력신호(SD₀∼SD₁₁)를 가산하는 가산기로 구성된다.

또, 본 발명의 데이터 신장기는, 상기 데이터압축기에 의해 압축된 12비트 디지탈오디오데이터(D₀∼D₁₁)에 대하여, 상기 디지탈오디오데이터의 상위 5비트(D₇∼D₁₁)를 수신하고, 데이터의 비트 시프트량을 표시하는 2비트의 신호(S₀∼S₁)와 상기 디지탈오디오데이터(D₀∼D₁₁)에 가산하는 오프세트치(OFS₀∼OFS₁₁)를 출력하도록 되어 있는 계수테이블과, 상기 디지탈오디오데이터(D₀∼D₁₁)와 상기 계수테이블의 출력신호(OFS₀∼OFS₁₁)를 가산하는 가산기와, 상기 계수테이블의 출력(S₀∼S₁)치에 의해 상기 가산기의 출력신호(M₀∼M₁₁)를 상위비트방향으로 시프트하기 위한 14개의 4대 1데이터 셀렉터로 이루어진 데이터 시프터로 구성되어 있다.

상기한 구성에 의해, 본 발명의 데이터압신방법은, 14비트의 디지털데이터를 12비트로 순시압신할때에, 14-10 준순시압신법칙과 동등이하의 SN 열화량을 유지하고, 또한 14비트 디지털데이터의 전체 범위에 대해서 양호한 데이터압신특성을 실현하고 있다. 따라서, 예를 들면 위성방송 수신기로부터 출력되는 14비트 디지털데이터를 최량의 상태로 12비트로 압축을 행하고, 적은 데이터 용량으로 매체위에 기록재생할 수 있는 것을 가능하게 하고 있다.

또한, 상기의 구성에 의해 본 발명의 데이터 신장기는, 상기 데이터압신방법에 표시된 조건에 따라서, 12비트 디지탈오디오데이터를 4개의 진폭범위로 분할하고, 각각의 범위에서 다지탈오디오데이터에 추가하는 오프세트치와 신장특성의 구배, 즉 오프세트치 가산후의 데이터를 상위비트 방향으로 시프트하는 비트시프트량을 결정함으로서 데이터 신장기의 처리동작을 실현하고 있다.

이하, 본 발명의 데이터압신방법 및 이 압신방법을 사용한 데이터압축기와 데이터 신장기에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

제1도는 14-12 순시 7세그먼트 압신법칙(14-12 instantanecous 7-segment com panding laws)을 일반화하여 표시한 특성도이다. 먼저 동 압신법칙이 성립되는 일반조건에 대해서 설명한다. 제1도에서, 간략화를 위하여 정(正)의 쪽만을 표시하고 있으나, 부의 쪽은 이것과 대칭이다. 도면에서 명백한 바와 같이 원점(0,0), (b₁,a₁),(b₂,a₂), (b₃,a₃), (b₄,a₄)의 5점사이를 스텝사이즈 Δi(i=1, 2, 3, 4), 즉 구배 1, 1/2, 1/4, 1/8의 직선으로 각각 연결되어 있다.

또한, 설명을 간략화하기 위하여, 입출력은 이산치가 아니고, 이상적인 연속치인 것으로 가정한다. 14비트 디지털데이터 및 12비트 디지털데이터의 전체 범위에서 양호한 압축특성을 얻게 하기 위해서는,

(b₄,a₄)=(8192,2048)

인 것이 필요하다. 이때, 14-12 순시압신법칙이 성립하기 위해서는, 나머지의 점, 예를 들면 b₁, b₂, b₃에 대해서 다음 식 (A)의 성립이 필요조건인 것을 제1도로부터 유도할 수 있다. 즉, 제1도로부터 원점과 구배 (0,0)(a₄,b₄)의 관계로부터 하기의 4개식이 성립된다.

그리고 상기 식으로부터 다음 식(A)이 유도된다.

4b₁+2b₂+b₃=2^14-1=8192 ………………………………………(A)

다음에, 14-12 순시압신법칙이, 14-12 준순시압신법칙과 동등이상의 SN을 얻기 위해서는, 적어도 전자의 최소분해능이 후자의 최소분해능을 초과하여야 한다.

14-10 준순시압신법칙의 최소분해능은 10비트이다. 이것에 상당하는 14-12 순시압신법칙에서의 값으로서, 마찬가지로 정(+)의 쪽만을 고려하면,

b₁=2^10-1=512

이상의 값을 선택하면 된다.

또, 실제의 장치에 의한 용이한 구성과, 실시용 상태에서 오디오신호에 대한 최적압축포인트의 선택방법등에 의해, 본 발명의 데이터압신방법을 유도해낼 수 있다.

이하, 본 발명의 데이터압신방법의 제1실시예에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에서 취급하는 입출력치는 실제의 이산치이다.

제2도는 본 발명의 제1실시예에 의한 데이터압신방법의 동작특성도이다. 데이터 압신에 의한 SN비는 14-10 준순시압신과 동등하게 하기 위하여, b₁=512룰 선택하고 있다.

제2도에 있어서, 횡측은 14비트 디지털데이터이고, 종축은 12비트 디지털데이터이며, 제1도와 마찬가지로 정의 쪽만을 표시한다. 14비트 디지털데이터중 비트(0-511)사이의 스텝신호는 그대로 12비트 디지털출력의 비트(0-511)사이의 스텝에 할당된다(영역 I). 또한 14비트 디지털데이터중 비트(512-1535)사이의 스텝신호는 압신레인지 1/2로 압축하여, 12비트 디지털데이터의 비트(512-1023)사이의 스텝에 할당하게 된다(영역 Ⅱ). 마찬가지로, 비트(1536-3071)사이의 스텝신호는 압신레인지 1/4로 압축하여, 비트(1024-1407)사이의 스텝에 해당된다(영역 Ⅲ). 비트(3072-8191)사이의 스텝신호는 압신레인지 1/8로 압축하여, 비트(1408-2047)사이의 스텝에 할당된다(영역 Ⅳ).

이상은 정의 쪽만을 표시하였으나, 부의 쪽을 포함한 상기 제1실시예의 압신방법을 모식적으로 나타낸 것을 제3도에 표시한다.

제3도에 있어서, 왼쪽항이 14비트 디지털데이터(X), 오른쪽이 12비트 디지털데이터(Y)이고, 각 프레임의 값은 중앙의 식에 의해 좌우 양쪽항이 대응하도록 되어 있다.

또한, 압신특성의 각 절곡점은, 오디오신호의 다이내믹레인지로 환산하면, 피이크로부터 각각 -8.5dB, -14.5dB, -24dB의 점으로 되어 있으며, 범위내에서 거의 균둥한 압신특성을 실현하고 있다.

이상과 같이, 본 발명의 데이터압신방법의 제1실시예에 의하면, 14비트 디지털데이터의 전체 입력범위에 대해서 거의 균등한 압신특성을 실현하는 동시에, 14-10준순시압신과 동등한 SN비를 실현하고 있다.

이하, 본 발명의 데이터압신방법의 제2실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

제4도는 본 발명의 데이터압신방법의 제2실시예에 의한 동작특성도이다.

제1실시예와 마찬가지로, 데이터 압신에 의한 SN비를 14-10 준순시압신과 동등하게 하기 위하여, b₁=512로 선택되어 있다. 14비트 디지털데이터중 비트(0-511)사이의 스텝신호는 그대로(압신레인지 1) 12비트 디지털데이터의 비트(0-511)사이의 스텝에 할당되고(영역 Ⅰ), 비트(512-1023)사이의 스텝신호는 압신레인지 1/2로 압축해서 비트(512-757)사이의 스텝에 할당된다(영역 Ⅱ). 비트(1024-4095)사이의 스텝신호는 압신레인지 1/4로 압축해서 비트(768-1535)사이의 스텝에 할당된다(영역 Ⅲ). 그리고 비트(4096-8191)사이의 스텝신호는 압신레인지 1/8로 압축해서 비트(1536-2047)사이의 스텝에 할당한다(영역 Ⅳ).

제1실시예와 마찬가지로, 정의 쪽과 부의 쪽을 포함한 상기 제2실시예의 데이터압신방법에 의해 14비트 디지털데이터를 12비트 디지털데이터로 변환하는 것을 모식적으로 제5도에 표시한다.

제4도에 따르면 압신특성의 각 절곡점은 오디오신호의 다이내믹레인지로 환산하면, 각각 피이크로부터 -6dB, -18dB, -24dB의 점으로 되어 있고, 통상적인 오디오신호의 평균기록 레벨인 -18dB보다 높은 부분의 헤드룸(head room)내에 한층 더 넓은 선형의 영역을 형성하고 있다.

이상과 같이 본 발명의 데이터압신방법의 제2실시예에 의하면, 14비트 디지털데이터의 전체 입력범위에 대하여 양호한 압신특성을 유지하며, 특히 통상의 오디오신호의 평균기록 레벨인 -18dB보다 높은 레벨의 영역에서는 균일한 SN 영역을 폭넓게 확보하는 것을 가능하게 하고, 따라서 14-10 준순시압신법칙과 동등한 SN 확보를 실현하고 있다.

또한, 본 발명의 데이터압신방법의 제1실시예와 제2실시예에서는, 제3도와 제5도를 참조하면서, 데이터 압축방법에 대해서만 설명하였으나, 상기 실시예와는 반대의 처리를 행함으로서 데이터 신장방법도 용이하게 실현될 수 있는 것은 말할 것도 없다.

또한, 본 발명에서는 예를 들면 DAT와 같은 기록매체에 디지털오디오신호를 기록하기 위한 데이터압신방법으로 설명되고 있으나, 방송, 통신, 전송등의 다른 목적의 데이터압신방법에도 사용할 수 있는 것은 물론이다. 또한, 실시예에서는 14-12 순시압신법칙으로 대표해서 기술되어 있으나, 종래예에서의 참고문헌 ①, ④과 마찬가지로 종축 및 횡축의 스케일의 배율을 변경함으로서, 13-11 순시압신법칙과 서로 유사한 특성곡선을 가진 다른 압신법칙에도 응용할 수 있는 것은 물론이다.

다음에, 본 발명의 데이터압신방법의 제1실시예를 사용한 데이터압축기에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

제6도는 본 발명의 데이터압축기의 일실시예의 구성을 표시한 블록도이다.

이하의 설명에 있어서, (A : B)는 (D_O,………,D_n)로 구성되는 (n+1)비트의 디지털데이터에 대해서, D_O을 최하위비트(LSB)로 하고, D_O을 최상위 비트(MSB)로 하였을 때, D_O에서부터 (A+1)번째 해당하는 비트로부터 (B+1)번째 해당하는 비트까지의 (B-A+1)비트로 구성되는 디지털데이터를 표시한다.

제6도에 있어서, (61)은 14비트로 직선양자화된 디지털오디오데이터 D(0 : 13)의 입력단이고, (62)는 D(0 : 13)의 상위 5비트 D(9 : 13)를 부호해독하는 계수테이블이고, (63)은 D(0 : 13)를 하위비트방향으로 시프트하는 12개의 4대 1데이터 셀렉터로 이루어지는 데이터시프트이고, (64)는 데이터 시프터(63)로부터 12비트 출력신호 SD(0 : 11)와, 계수테이블(62)로부터 출력 OFS(0 : 11)을 가산하는 가산기이고, (65)는 가산기(64)로부터 12비트로 데이터를 압축한 디지탈오디오데이터(0 : 11)를 출력하는 출력단이다.

이상과 같이 구성된 본 실시예의 데이터압축기의 동작에 대하여 설명한다.

제3도에 표시한, 14비트로부터 12비트로 압축된 압축변환식을 변형하면 각 영역에서 다음과 같이 표시할 수 있다.

여기서, [A]는 A의 값의 소수점 이하를 생략한 값을 나타낸다.

이상의 식으로부터 알수 있는 바와 같이, 본 실시예의 데이터압축기는 14비트 디지털 데이터에 대하여 1/2ⁿ배의 연산에 의해서 즉 하위비트 방향으로 비트시프트 처리와 오프세트치의 가산연산에 의해서 실현될 수 있다.

입력단(61)에 입력된 14비트의 디지털오디오데이터 D(0 : 13)는 상위 5비트 D(9 : 13)을 계수테이블(62)에 의해서 부호해독하고, 상기의 식에 의거해서 입력데이터가 위치하는 영역을 판정하여, 입력데이터로 비트시프트량 S(0 : 1)을 출력하고 또한 시프트후의 데이터에 가산하는 오프세트치 OFS(0 : 11)을 출력한다. D(9 : 13)에 대한 S(0 : 1)과 OFS(0 : 11)사이의 관계를 제1표에 표시한다.

[표 1]

12개의 4대 1데이터 셀렉터로 구성되는 데이터 시프터(63)에 의해 비트시프트량 S(0 : 1)의 값에 따라, 14비트 디지털오디오데이터 D(0 : 13)로부터 연속되는 12비트 데이터를 선택하고, 비트시프트에 의한 1/2ⁿ의 연산을 행한다. 가산기(64)는 오프세트치 OFS(0 : 11)와 데이터 시프터의 출력 SD(0 : 11)를 가산하고, 가산기(64)의 출력신호 Q(0 : 11)가 데이터 압축된 12비트 데이터로 되어, 출력단(65)으로부터 출력된다.

이상과 같이 본 실시예의 데이터 압축기는 계수테이블(62)에 의해서 14비트 디지털 데이터의 전체 입력범위에 대하여, 14-12 순시압신이 성립되는 조건에 따라서, 전체 범위를 4개의 영역으로 분할하고, 각각의 영역에서 압축 특성의 구배(즉, 14비트 데이터를 하위방향으로 시프트하는 시프트량)와 시프트후의 데이터에 가산하는 오프세트치를 가산함으로서, 디지털화된 14비트의 오디오신호를 12비트로 순시 압신한다. 이때에, SN 열화량을 14-10 준순시 압신법칙과 동등이하로 억제하면서, 14비트 디지탈 데이터의 전체범위에 대해서 양호한 압축특성을 실현한다. 또한, 종래의 데이터 압신방법에 의해 구성된 데이터 압축기에 비해서, 14비트 디지털 데이터의 전체 입력범위중 (7680-8191) 사이의 범위에서 데이터를 검출하는 크기 비교기 및 상기 범위에서 출력차로서 12비트 디지털 데이터의 최대치를 유지하는 절환기를 생략할 수 있기 때문에, 회로규모를 축소할 수 있다.

다음에, 본 발명의 데이터 압신방법의 제1실시예를 사용한 데이터 신장기에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

제7도는, 본 발명의 데이터 신장기의 일실시예의 구성을 표시한 블록도이다.

제7도에 있어서, (71)은 12비트의 데이터로 압축된 디지털 데이터 D(0 : 11)의 입력단이고, (72)는 D(0 : 11)의 상위 5비트 D(7 : 11)를 부호해독하는 계수테이블, (73)은 D(0 : 11)와 계수테이블(72)로부터의 출력 OFS(0 : 11)를 가산하는 가산기이고, (74)는 가산기(73)으로부터의 출력 M(0 : 11)을 상위비트 방향으로 시프트하는 14개의 4대 1 데이터 셀렉터로 이루어진 데이트 시프터이고, (75)는 데이터 시프터(74)로부터 14비트 데이터로 신장된 디지탈오디오신호 Q(0 : 13)를 출력하는 출력단이다.

이상과 같이 구성된 본 실시예의 데이터 신장기의 동작에 대해서 설명한다.

제3도에서 표시한 14비트로부터 12비트로 압축하는 데이터 압축의 식을 변형함으로서, 각 영역에서 기술한 바와 같이 데이터를 신장하는 역변환식으로 표시할 수 있다.

Ⅳ. X=8(Y-1024)+α₃

Ⅲ. X=4(Y-640)+α₂

Ⅱ. X=2(Y-256)+α₁

Ⅰ. X=Y

Ⅰ'. X=Y

Ⅱ'. X=Y(Y+256)+α₁

Ⅲ'. X=Y(Y+640)+α₂

Ⅳ'. X=Y(Y+1024)+α₃

여기서, α_n은 데이터 압축시에 생략한 신호성분을 표시하며, 2진 표시에 있어서는 각각 n비트의 데이터이다.

이상의 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 데이터 신장기는 12비트로 압축된 데이터에 대하여, 오프세트치의 가산과 가산결과에 2ⁿ배의 연산, 즉 상위비트 방향으로 비트스프트함에 의해 실현할 수 있다.

입력단(71)에 입력된 12비트로 압축된 디지털오디오데이터 D(0 : 11)는, 그 상위 5비트 D(7 : 11)를 계수테이블(72)에 의해서 부호해독하고, 상기 식에 의거하여 입력데이터가 위치하는 영역을 판정하고, D(0 : 11)에 가산하는 오프세트치 OFS(0 : 11)를 출력하고 또한 가산기(73)의 출력신호 M(0 : 11)로 비트시프트량 S(0 : 1)을 출력한다. D(7 : 11)에 대한 S(0 : 1)와 OFS(0 : 11) 사이의 관계를 제2표에 표시한다.

[표 2]

다음에, 가산기(73)에서 D(0 : 11)와 OFS(0 : 11)의 가산을 행한다. 14개의 4대 1 데이터 셀렉터로 구성되는 데이터 셀렉터(74)에 의해, 비트시프트량 S(0 : 1)의 값에 따라, 가산기(73)로부터의 출력신호 M(0 : 11)에 2ⁿ배의 연산을 상위비트 방향으로 비트시프트에 의해 행한다. 비트시프트시에, 데이터 압축에 의해 제거되는 값(α₁∼α₃)을 보정하는 값으로서 어떠한 값을 입력하는 것이 바람직하지만, 일반적으로 신장된 데이터가 범위의 중앙치로 되도록 100,… 또는 011,…의 값이 입력된다. 물론 다른 값을 입력하여도 상관없다. 데이터 시프터(74)의 출력 Q(0 : 13)는 14비트로 신장된 데이터로 되어, 출력단(75)으로부터 출력된다.

상기한 바와 같이, 본 실시예의 데이터 신장기에서는 계수테이블(72)에 의해, 입력된 압축 12비트 디지탈 데이터의 진폭범위에 따라서, 전체범위에 따라서, 전체범위를 4개의 범위로 분할되고, 각각의 범위에서 압축 12비트 디지털오디오테이터에 가산되는 오프세트치와 신장특성의 구배, 즉 오프세트치의 가산후에 데이터를 상위비트 방향으로 시프트하는 비프시프트량을 결정함으로서, 순시압축된 12비트 데이터를 14비트 데이터로 신장할 때에, SN 열화량을 14-10 준순시 압신과 동등이하로 억제하면서, 양호한 신장특성을 실현할 수 있다.

또한, 데이터 압축기와 마찬가지로, 종래의 데이터 압신방법으로 구성한 데이터 신장기에 비해서, 일치검출기와 절환기를 생략할 수 있기 때문에, 회로규모를 축소할 수 있다.

또한, 본 실시예의 데이터 압축기 및 데이터 신장기의 설명에서는, 본 발명의 데이터 압신방법의 제1실시예를 사용해서 설명을 행하였으나, 본 발명의 데이터 압신방법의 제2실시예를 사용해도 완전히 동일한 구성으로 데이터 압축기 및 데이터 신장기를 구성할 수 있는 것은 말할 것도 없다. 이경우에는 제6도의 계수테이블(62)과 제7도의 계수테이블(72)의 내용을 각각, 제3표와 제4표에 표시한 값으로 변경함으로서 용이하게 실현할 수 있다.

[표 3]

[표 4]

Claims

14비트 직선양자화에 의해서 디지털화하고, 진폭의 크기에 따라서 -8192에서부터 +8191까지의 16384스텝으로 할당된 14비트 디지털 데이터에 대하여, 데이터 압축시에는 하기 변환법칙에 따라서 분할된 각 진폭영역마다, 1스텝 또는 연속하는 2, 4, 8스텝의 진폭범위의 신호를 1단위로 하고, 각 단위로 할당된 데이터를 진폭순으로, -2048에서부터 +2047까지의 스텝으로 할당되는 12비트 디지탈 데이터로 변환하고, 또한 데이터 신장시에는 상기 변환과는 반대의 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 데이터 압신방법.

[변환법칙]

청구범위 제1항 기재의 데이터 압신방법에 있어서의 변환법칙 대신에 하기의 변환법칙을 사용해서 이루어진 것을 특징으로 하는 데이터 압신방법.

[변환법칙]

신호의 레벨에 따라서 압축/신장의 레인지를 절환해서 14(12)비트 디지탈 데이터를 12(14)비트 디지탈 데이터로 압축(신장)하는 데이터 압신방법에 있어서, 압축시에는 14비트 직선양자화에 의해서 디지털화되어 -8192∼+8191의 스텝으로 할당되는 디지털 데이터중 스텝 0∼+8191을 스텝 b₁, b₂, b₂, b₃(b₁=+512, +512

b₂, b₃

+8191, b₄=+8191)으로 된 4개의 영역으로 구획짓는 동시에 스텝 -1∼-8192를 스텝 b₁', b₂', b₃', b₄'(b₁'=-512, -512

b₂', b''

-8192, b₄'=-8192)으로 된 4개의 영역으로 구획짓고, 각 영역에 대해서 압축의 범위를 절환하여 14비트 디지탈 데이터를 12비트 디지털 데이터로 압축하고, 신장시에는 상기한 압축시와는 반대의 처리를 행함으로서 12비트 디지털 데이터를 14비트 디지탈 데이터로 신장하는 동시에 상기 스텝 b₁,b₂,b₃,b₄(b₁',b₂',b₃',b₄')의 관계가 4b₁+2b₂+b₃ =b₄(4b₁'+2b₂'+b₃'=b₄')로 되는 것을 특징으로 하는 데이터 압신방법.

제3항에 있어서, b₂=+1536, b₃=+3072, b₂'=-1537, b₃'=-3073인 것을 특징으로 하는 데이터 압신방법.

제3항에 있어서, b₂=+1024, b₃=+4096, b₂'=-1025, b₃'=-4097인 것을 특징으로 하는 데이터 압신방법.

14비트 입력신호를 12비트 출력신호로 변환하고, 상기 14비트 입력신호는 비트(D_O∼D₁₃)를 가지고 또한 -8192 내지 +8191의 수치 범위내에 있는 데이터 압축기에 있어서, 14비트 입력신호의 상위 5비트(D₉∼D₁₃)를 수신하고, 또한 수신된 상위 5비트의 값에 따라서 오프세트치(OFS_O∼OFS₁₁)와 비트시프트치(S_O∼S₁)를 출력하는 계수테이블 (62)과, 14비트 입력신호 및 상기 계수테이블에서 출력된 비트시프트치 (S_O∼S₁)를 수신하고, 상기 비트시프트치에 따라서 14비트 입력신호(D_O∼D₁₃)에 대해 비트시프트를 행하고, 또한 비트시프트된 비트시프트신호(SD_O∼SD₁₁)를 출력하는 데이터 시프터(63)와, 상기 계수테이블에서 출력된 오프세트치(OFS_O∼OFS₁₁) 및 상기 데이터 시프터에서 출력된 비트시프트신호(SD_O∼SD₁₁)를 수신하여 가산하고, 또한 가산결과를 12비트 출력신호(Q_O∼Q₁₁)로 출력하는 가산기(64)를 포함한 것을 특징으로 하는 데이터 압축기.

제6항에 있어서, 상기 계수테이블(62)은, 14비트 입력신호의 복수의 수치압축영역의 각각에 대한 비트스프트치와 소정의 오프세트치를 저장한 것을 특징으로 하는 데이터 압축기.

제7항에 있어서, 상기 복수의 수치압축영역은, -8192∼-4097의 제1영역과, -4096∼-1025의 제2영역과, -1024∼-513의 제3영역과, -512∼-1의 제4영역과, 0∼+511의 제5영역과, +512∼+1023의 제6영역과, +1024∼+4095의 제7영역과, +4096∼+8191의 제8영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 데이터 압축기.

제7항에 있어서, 상기 복수의 수치압축영역은 -8192∼-3073의 제1영역과, -3072∼-1537의 제2영역, -1536∼-513의 제3영역과, -512∼-1의 제4영역과, 0∼+511의 제5영역과, +512∼-1535의 제6영역과, +1536∼+3071의 제7영역과, +3072∼+8191의 제8영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 데이터 압축기.

12비트 입력신호를 14비트 출력신호로 변환하고, 상기 12비트 입력신호는 비트(D_O∼D₁₁)를 가지고 또한 -2048 내지 2047의 수치범위에 있는 데이터 신장기에 있어서, 12비트 입력신호의 상위 5비트(D₇∼D₁₁)를 수신하고, 또한 수신된 상위 5비트의 값에 따라서 오프세트치(OFS_O∼OFS₁₁)와 미트시프트치(S_O∼S₁)를 출력하는 계수테이블 (72)과, 12비트 입력신호(D_O∼D₁₁) 및 상기 계수테이블에서 출력된 오프세트치(OFS_O∼OFS₁₁)를 수신하여 가산하고, 또한 가산결과를 가산신호(M_O∼M₁₁)로 출력하는 가산기(73)와, 상기 계수테이블에서 출력된 비트시프트치(S_O∼S₁₁) 및 상기 가산기에서 출력된 가산신호(M_O∼M₁₁)를 수신하고, 비트시프트신호(S_O∼S₁)에 따라서 상기 가산신호(M_O∼M₁₁)에 대해 비트시프트를 행하고 또한 시프트된 비트시프트신호를 14비트 출력신호(Q_O∼Q₁₃)로 출력하는 데이터 시프트(74)를 포함한 것을 특징으로 하는 데이터 신장기.

제10항에 있어서, 상기 계수테이블(72)은, 12비트 입력신호의 복수의 수치확장 영역의 각각에 대한 비트시프트치와 소정의 오프세트치를 저장한 것을 특징으로하는 데이터 신장기.

제11항에 있어서, 상기 복수의 수치확장 영역은, -2048∼-1537의 제1영역과, -1536∼-769의 제2영역과, -768∼-513의 제3영역과, -512∼-1의 제4영역과, 0∼+511의 제5영역과, +512∼+767의 제6영역과, +768∼+1535의 제7영역과, +1536∼+2047의 제8영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 데이터 신장기.

제11항에 있어서, 상기 복수의 수치확장영역은, -2048∼-1409의 제1영역과, -1408∼-1025의 제2영역과, -1024∼-513의 제3영역과, -512∼-1의 제4영역과, 0∼+511의 제5영역과, +512∼+1023의 제6영역과, +1024∼+1407의 제7영역과, +1408∼+2047의 제8영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 데이터 신장기.